CN109997051B - 用于测量运动的自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明可用于确定物体的绝对运动。要解决的问题在于，当障碍物存在于物体的运动轨迹中时，通过消除信号源定位中的误差累积，提高物体运动的测量精度。传感器安装在物体上，使用唯一编码信号的单独源和/或形成唯一编码信号的源组，其中唯一编码信号的单独源和/或所形成的唯一编码信号的源组沿着所述物体的运动轨迹以唯一编码信号的任何两个接连安装的单独源之间的和/或唯一编码信号的任何两个所形成的源组之间的任何距离任意地布置，所述距离不超过传感器的测量范围，信号被导向具有传感器的运动物体，从所述传感器接收关于唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组的位置的输出信号，并且确定物体的位置。

Description

用于测量运动的自适应方法

技术领域

本发明涉及测量设备，并且可用于确定物体的绝对运动，例如，通常在冶金、汽车工业、起重机技术、仓库和生产物流以及生产自动化中使用。

背景技术

在扩大生产任务的规模时，提高生产过程的效率是一个值得关注的问题，这尤其是通过确保诸如速度和在不同时间段的前提下确定房屋中物体位置的精度等技术特征来实现的。

但是，确保确定物体位置时的高精度是一项困难的生产任务，因为该技术参数依赖于沿物体运动路径放置信号源所需的精度和劳动力，包括沿着物体路径的难以移除的障碍物的存在。

确定物体位置的方法是已知的(http://files.pepperl-fuchs.com/selector_ files/navi/productInfo/doct/tdoct3785eng.pdf,p.9)，其包括在电子头的一侧布置传感器阵列并且在另一侧布置接收器阵列，为物体提供所述电子头，定位具有沿着物体的运动路径设置在不同距离处(即，具有唯一编码)的不同数量的槽的带，以及在物体沿着带移动时从接收器接收指示物体位置的输出信号。

所述方法涉及安装带有槽的标尺，当进行测量时标尺应该是连续的。安装长的连续标尺的过程既费力又费时，并且由于沿物体运动路径存在障碍物，安装并不总是可行。而且，这种测量方法涉及物体的平滑运动，没有跳动和振动，但这并不总是可实现的。

确定物体位置的方法是已知的(https://www.sick.com/media/dox/9/69/969/Mounting_instructions_POMUX_KH53_POMUX_KH53_Advanced_de_en_IM0011969.PDF)，其被认为是与所要求保护的方法最接近的类似方法，包括串联布置永磁体，并根据其沿运动路径的数量，同时考虑它们之间的相等距离，然后将传感器安装在物体上，将信号导向具有传感器的物体，接收指示所列举的信号源的位置的输出信号，以及确定物体位置。

所述方法建议布置沿着路径具有预定位置的信号源并严格遵守信号源之间的相同距离，即，在这种情况下测量物体位置的精度取决于信号源的这种布置的精度：当物体沿运动路径移动时，从期望位置的任何偏移都会导致误差累积。而且，如果沿着路径存在障碍物，则必须使用多个实施该方法的系统，这极大地使生产复杂化并增加了其成本。同时，不在障碍物地点进行物体位置的测量。另外，在任何信号源故障的情况下，必须用严格类似的信号源代替它，这使得该方法不总是方便使用。

应当注意，上述用于测量物体运动的方法使用一种特定类型的信号源和相应类型的传感器。

发明内容

本发明的目的是创建一种用于测量物体运动的自适应方法，其中可以使用不同类型的信号源和传感器，从而在沿着物体的运动路径存在障碍物时提供测量，并简化沿着物体的运动路径定位信号源的过程。

技术效果是通过消除定位信号源时的误差累积，提高在物体运动路径上存在障碍物的情况下测量物体运动时的精度。

通过用于一种用于测量运动的自适应方法实现该技术效果，其中，传感器安装在物体上，使用唯一编码信号的单独源和/或形成唯一编码信号的源组，其中唯一编码信号的单独源和/或所形成的唯一编码信号的源组沿着所述物体的运动路径以唯一编码信号的任何两个接连安装的单独源之间的和/或唯一编码信号的任何两个所形成的源组之间的不超过传感器测量范围的任何距离任意地布置，所述信号被导向具有所述传感器的运动的所述物体，其中从所述传感器接收指示唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组的位置的输出信号，并且确定物体位置。

通过改变信号源的数量和/或改变任何两个信号源之间的距离和/或改变所使用的信号源的类型来获得唯一编码信号的源组。

可以定位唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组，包括沿着物体的运动路径，以唯一编码信号的任何两个接连安装的单独源之间的和/或唯一编码信号的任何两个所形成的源组之间的不超过传感器测量范围的相等距离安装。

唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组—所述源组由信号源数量的变化和/或任何两个信号源之间的距离的变化和/或所使用的信号源的类型的变化确定—允许了提供信号源的许多唯一组合，其位置不是由具有这种设备误差导致的可能偏差的坐标确定(但类似方法就是这种情况)，而是由传感器的最大测量范围确定：传感器的标称测量范围越大，则唯一编码信号的两个接连的单独源和/或唯一编码信号的两个接连的源组的可能安装范围就越大。因此，在不超过传感器测量范围的每个路径部分处，唯一编码信号的至少一个源或唯一编码信号的一个源组应该随机地在任何距离处，这简化了它们的放置过程，提供了在任何时间点对传感器位置的明确识别，允许在物体运动期间准确地确定其位置，从而提高测量物体运动时的精度。而且，如果物体的运动路径上存在障碍物，其长度不超过传感器的测量范围，则可以使用该方法，并且可以仅使用一个实施所要求保护的方法的系统。

唯一编码信号的单独源的使用和/或唯一编码信号的源组的形成、以及它们在路径部分上的任意放置，不仅允许确定物体位置和运动，而且还用于根据需要准确地识别唯一编码信号的单独源和/或信号源组的数量和它们的其他参数。

唯一编码信号的源组可以是预先形成的块，其具有设置有单独信号源的主体，信号源的布置由信号源的数量的变化和/或任何两个信号源之间的距离的变化和/或所使用的信号源的类型的变化来确定。

作为射频识别系统的一部分的芯片、代码载体、标签可以用作唯一编码信号的单独源。

例如，磁体、光源、热源、任何种类的辐射源、动能源、压力源、超声波和具有电感和/或电容物理特性的材料可用作信号源以用于形成信号源组，即，当一组信号源中包括不同类型的信号源并且每个信号源具有自己的测量轴线时的情况下的几何任何材料、编码信息源(例如，条形码、以及2D码、3D码、nD码，其中n是整数)。而且，信号源的唯一性可以通过每个(相同类型的)单独信号源的唯一辐射功率来确保。

例如，霍尔传感器、光电池、磁致伸缩传感器、电感和电容传感器、射频传感器、辐射传感器、压力传感器和各种能量类型的其他传感器可用作传感器。

此外，识别系统的部件，例如读取器(处理器)和连接的或内置的天线(雷达，读取/记录头)可以用作传感器，其中标签(芯片、代码载体)将用作信号源。

取决于所使用的信号源和转换器的类型，来自传感器的输出信号的处理由适当的设备提供。用于处理的信息可以通过各种接口和协议传输，例如，模拟接口、TCP/IP、以太网TCP/IP、UDP、EtherCAT、以太网、Varan、Profinet、IO-Link、ASInterface、Profibus、DeviceNet、CANopen、RS232、RS422、RS485。

当使用该方法时，可以高精度地获得关于生产过程中物体的位置和时间的信息，这提高了生产管理效率。

附图说明

图1示出了在没有障碍物的情况下沿着路径移动物体时实施所要求保护的方法的系统；以及

图2示出了沿着具有障碍物的路径移动的物体。

具体实施方式

使用图中所示的系统实施用于测量运动的自适应方法，该系统包括位于物体2上的传感器1和唯一编码信号的源4的多个组3，通过改变信号源4的数量和/或改变任何两个信号源4之间的距离以及通过改变所使用的信号源的类型来实施所述方法。也可以使用唯一编码信号的单独源(芯片、标签、代码载体)。

例如，物体2设置有磁致伸缩线性运动传感器，该传感器具有运动测量范围a并且用作传感器1。信号源4即唯一编码的磁体的组3沿着物体2的运动路径放置在相互之间不超过传感器测量范围a的任何距离处。因此，在长度为a的路径部分上始终存在唯一编码信号的源4的至少一个组3或者相互之间具有唯一距离的两个磁体。

让我们考虑这样的情况，即：在长度为a的每个路径部分中，使用具有相同数量的磁体的唯一编码磁体的组3，但在磁体之间具有可变的距离。也就是说，在长度为a的第一路径部分中，组3的磁体彼此相距距离Δ定位以形成第一唯一组；在长度为a的第二路径部分中，组3的磁体定位成使得最右边的磁体移开2Δ的距离；在长度为a的第三路径部分中，组3的磁体定位成使得最右边的磁体移开3Δ的距离，依此类推。结果，在与传感器灵敏度区域相对的长度为a的任何物体运动路径部分中，在组3内存在信号源4的非重复(唯一)组合，其中信号源4之间以非重复值定位，这允许了明确地识别物体2的位置并确定其运动(图1)。

而且，组3的磁体可以定位成使得它们之间的距离保持相同，但是它们的数量改变，即，在长度为a的第一路径部分中可以放置两个磁体，而在长度为a的第二路径部分中可以放置三个磁体，等等。在这种情况下，在与运动传感器1的灵敏度区域相对的长度为a的任何路径部分中，将定位组3的信号源4的非重复组合，这允许了明确地识别物体2的位置并确定其运动。

当磁体的数量和任何两个磁体之间的距离都改变时，也可以放置组3的磁体；也就是说，在长度为a的第一路径部分中，放置具有两个磁体的组3，这两个磁体之间的距离为Δ；在长度为a的第二路径部分中，放置具有三个磁体的组3，这三个磁体之间的距离为2Δ，等等。在这种情况下，在与传感器的灵敏度区域相对的长度为a的任何路径部分中，将定位组3的信号源4的非重复组合，这允许了明确地识别物体位置并确定其运动。

当在物体2的路径上存在难以移除的障碍物5时，可以使用该方法，其中障碍物的尺寸不超过传感器的测量范围。如果在障碍物存在之前，唯一编码信号的源4的组3被最佳地定位，即，彼此相距最大距离，那么在存在障碍物5的情况下，唯一编码信号的源4的下一个组3被放置在障碍物5的前面，并且唯一编码信号的源4的后续的组3已经放置在障碍物5的后面，例如，与前一个组3相距最大距离。

唯一编码信号的源4的组3被任意地放置在长度为a的每个路径部分上。当沿着布置有唯一编码信号的源4的组3的路径移动物体2时，运动传感器1输出每个所述组3的位置值，其中，其上安装有运动传感器1的物体2与所述组3相对地设置。在物体的第一运动起始的时间点，处理设备接收关于起始点时的物体位置坐标的信息。该坐标作为坐标系的零点。在物体沿坐标增大方向的渐进运动期间，唯一编码信号的源4的设定组3进入传感器的有效区域。在这种情况下，在信号源4的接连的组3进入传感器的有效区域的时刻，根据信号源4的组3的放置状况，信号源4的前一个组3将始终存在于传感器的有效区域中。因此，鉴于信号源4的前一个组3的绝对坐标，计算信号源4的下一个组3的绝对坐标。将得到的值发送到处理设备，处理设备在接收到关于相对于每个特定组3的物体位置的信息之后，计算沿着路径的物体绝对位置。如果在关闭设备电源之后需要测量物体位置的绝对值，则对于信号源4的每一个组3获得的位置值应存储在处理设备的非易失性存储器中。

另外，通过来自运动传感器的输出信号，可以确定效果施加在传感器1上的信号源4的组3的数量，并且如果需要的话可以确定所述组3的任何其他参数。

另外，如果需要，可以任意地反转来自长度为a的若干路径部分的唯一编码信号的源的预先形成的组和/或唯一编码信号的单独源，以确保唯一编码信号的至少一个单独源和/或一个这种组定位在不超过传感器测量范围的距离。而且，如果需要，可以在长度为a的任何路径部分中添加唯一编码信号的任何数量的附加单独源和/或唯一编码信号的源4的所形成的组3。所提出的用于测量运动的方法的适应性允许提高测量精度，同时排除其对信号源定位精度的依赖性。继而，不需要以特定顺序定位唯一编码信号的单独源和/或组3有助于它们的布置自由度，允许由几个单独的组同时执行这种布置，这显著减少了物体测量系统的部署时间。

可以如下计算可以移动物体的距离范围。例如，Balluff GmbH的传感器用作磁致伸缩线性运动传感器，其非线性度为30μm，测量范围为4500mm。如果使用该传感器和具有两个信号源的组，则在每个路径部分处，信号源之间的距离变化为31μm，并且信号源之间的最小所需距离应至少为60mm，可以获得信号源的唯一位置：

因此，当使用具有唯一编码信号的两个源的组时，总测量范围是：

4500х70645＝317902500mm＝317.9km (2)

可重复度为30μm。

可重复度是测量结果质量的表征，它反映了在相同条件下对相同物理量的重复测量结果彼此近似的程度。

结果，用于测量物体运动的自适应方法允许在测量运动距离显著增加的物体的运动并且存在沿物体路径的难以移除的障碍物时提高精度。这大大简化了在沿着物体的运动路径放置信号源之前定位布置成多个唯一编码组的信号源的过程，这减少了通常实施该方法时所需的劳动并提高了其可用性。

它还提高了确定物体位置及其在整个生产区域内的运动的速度，从而确保了整个生产过程的效率。另外，为了测量无源功率源的情况下的运动，必须为安装在物体上的仅仅一个传感器提供功率，这也简化了测量方法。

该自适应方法的优点是能够自动构建由唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组构成的坐标网格，用于通过使物体经过所述信号源变体的全部或一部分来确定物体的位置。为此目的，沿着物体的路径确定唯一编码信号的任何单独源和/或唯一编码信号的源组的绝对坐标，与此相关地计算唯一编码信号的接连定位的单独源之间或唯一编码信号的源组之间的距离；如果唯一编码信号的两个接连的单独源和/或唯一编码信号的两个接连的源组位于传感器测量范围内，则自动计算唯一编码信号的每个单独源和/或唯一编码信号的源组在空间中的绝对坐标。因此，自动生成表示唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组的空间位置的表，作为要定位的物体的基础。

此外，当使用该自适应方法时，可以跟踪唯一编码信号的源和/或唯一编码信号的源组在空间中的位置变化而无需停止定位，也不需要通过在物体的运动路径上添加唯一编码信号的新的源和/或唯一编码信号的新的源组来增加定位的路径和距离。如果信号源和/或信号源组的空间定位条件没有破坏，那么在单独或大量失去唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组的情况下，实施该方法的系统将继续其操作。换言之，当使用自适应方法时，同时且连续地执行两个功能：通过确定其绝对坐标来定位物体；以及跟踪唯一编码信号的源和/或唯一编码信号的源组的添加和排除、唯一编码信号的源和/或唯一编码信号的源组在空间中的位置的变化，其中如果信号源和/或信号源组的必要定位条件没有破坏，则通过表示唯一编码信号的单独源和/或唯一编码信号的源组的空间位置的表进行自动调节。

同样重要的是，对于该方法的实施，可以使用不同的信号源、传感器和用于处理输出信号的相应设备，这使得该方法具有通用性。

Claims (7)

1.一种用于测量运动的自适应方法，其中，传感器安装在物体上，形成唯一编码信号的源组，其中所形成的唯一编码信号的源组沿着所述物体的运动路径以唯一编码信号的任何两个所形成的源组之间的不超过传感器测量范围的任何距离任意地布置，信号被导向具有所述传感器的运动的所述物体,用于计算唯一编码信号的源组的绝对位置，从所述传感器接收指示唯一编码信号的源组的位置的输出信号，并且在沿着路径移动所述物体的同时通过处理设备中的计算来确定物体的绝对位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过改变信号源的数量和/或改变任何两个信号源之间的距离来获得唯一编码信号的源组。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，沿着所述物体的运动路径，以唯一编码信号的任何两个所形成的源组之间的不超过所述传感器测量范围的相等距离来定位唯一编码信号的源组。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，磁体被用作信号源以用于形成信号源组。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，霍尔传感器、磁致伸缩传感器被用作传感器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，唯一编码信号的源组的数量由来自所述传感器的输出信号确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，另外构建坐标网格以用于确定物体的位置，通过确定所述物体的绝对坐标来定位所述物体，并且跟踪唯一编码信号的源组的添加和排除、唯一编码信号的源组在空间中的位置的变化，其中通过表示唯一编码信号的源组的空间位置的表进行自动调节。